[發明專利]一種二維過渡金屬硫硒化物異質結憶阻器及其應用

在審

• 申請號: 202211345253.3
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115568277A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 胡志宇;張帥;吳振華;羅思遠;劉澤昆;劉妍;施慧烈;傅理夫
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H10N70/00
• 分類號: H10N70/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種二維過渡金屬硫硒化物異質結憶阻器及其應用，該憶阻器由下至上依次為襯底、底電極層、阻變功能層和頂電極層，其中，所述阻變功能層為二維過渡金屬硫硒化物異質結層。本發明將二維過渡金屬硫硒化物異質結作為阻變功能層與襯底，底電極層和頂電極層組裝成憶阻器，這種憶阻器具有快速開關過程、高密度集成、以及更低的能耗等優勢，并且與傳統硅基CMOS工藝兼容，適合大規模生產，有望運用在神經突觸、圖像識別、邏輯計算等領域。

技術領域

本發明屬于二維異質結和信息存儲技術領域，涉及一種二維過渡金屬硫硒化物異質結憶阻器及其應用。

背景技術

二維過渡金屬硫族化物及其異質結作為各種電子和光電器件的材料基石，特別是用于受大腦啟發的神經形態計算系統的未來憶阻器和突觸器件，受到越來越多的關注。但是單純的二元過渡金屬硫族化合物并不能滿足日益增長的對擴大半導體帶隙范圍的要求，為了滿足器件集成和系統越來越多樣化的需求，急需開發具有更加廣泛帶隙范圍的二維半導體，而合金化和構造異質結是常用策略。

對二維材料進行縱向堆疊或者平面組裝而形成的二維材料異質結能夠結合不同二維材料優異的物理特性，最大化的利用其性質多樣化的特點。縱向堆疊異質結的層與層之間由較弱的范德華力連接，而橫向組裝異質結則通過化學鍵連接。由于剝離和轉移技術的成熟，通過縱向堆疊形成的二維異質結獲得了巨大的發展，但是仍然存在著轉移過程薄膜易起皺，聚合物層難以清除，各組分之間存在氣泡等問題，這使得縱向堆疊異質結難以滿足大規模生產的需求。

中國專利ZL201910779092.0公開了一種二維材料異質結的憶阻器及其制備方法，該憶阻器自下而上包括襯底、底電極層、二維材料異質結層及頂電極層，其中，所述二維材料異質結層作為中間介質層，是由兩種不同的金屬硫化合物構成的兩層疊層結構，該疊層結構中的每一層對應其中一種金屬硫化合物。該專利中利用磁控濺射制備得到的兩層金屬單質薄膜質量不高，金屬層之間的結合力較差，同時，兩層金屬單質在高溫受熱時會因為熱膨脹系數不同，產生應力集中從而導致薄膜破裂。此外，該專利后續對兩層金屬單質進行直接硫化制備過渡金屬硫化物異質結。由于金屬單質之間的化學鍵的鍵能較大，要實現硫化則需要極高的溫度(500-1000℃)。

發明內容

本發明的目的就是為了提供一種二維過渡金屬硫硒化物異質結憶阻器及其應用，具有快速開關過程、高密度集成、以及更低的能耗等優勢。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明的技術方案之一提供了一種二維過渡金屬硫硒化物異質結憶阻器，由下至上依次為襯底、底電極層、阻變功能層和頂電極層，其中，所述阻變功能層為二維過渡金屬硫硒化物異質結層。

進一步的，所述二維過渡金屬硫硒化物異質結層的制備過程包括以下步驟：

(1)利用分子束外延法制備過渡金屬硒化物；

(2)利用化學氣相沉積法對過渡金屬硒化物進行硫化，得到過渡金屬硫硒化物；

(3)對過渡金屬硫硒化物進行退火處理，即完成。

更進一步的，步驟(1)中，過渡金屬硒化物的化學組成為MSe_x，層數為m，x≥1，m≥1，其中，M為過渡金屬單質。

更優選的，步驟(1)中，分子束外延法所用的靶源為過渡金屬單質M與硒。

更優選的，所述過渡金屬單質M為鉑或鈀

更進一步的，步驟(2)的化學氣相沉積法中，進行硫化所用的硫源為硫化氫或硫單質，所得過渡金屬硫硒化物的化學組成為MSe_yS_(x-y)，y＜x。

更進一步的，步驟(2)的化學氣相沉積法中，基底溫度為100～800℃，硫化時間為1～500min。